Web Locks API: 跨 Tab 资源同步

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Web Locks API: 跨 Tab 资源同步

图由 MasterTux 发布于 Pixabay

什么是锁（Locks）？

计算机变得越来越强大，而且可以使用多个 CPU 线程来对数据进行处理。多个线程访问单个资源的时候可能会受同步问题的困扰，因此催生出了有关资源共享的新问题。

如果你对线程熟悉的话，那么你应该也了解锁的概念。锁是一种同步方法，可强制对线程进行数据访问限制，防止多个线程同时访问单个资源。还有一种锁的变体，允许多个线程同时访问单个资源，不过仍将访问限制为只读。我强烈建议你去查阅一些文献，理解操作系统中锁的概念。

单线程和多线程 — 来自 Dave Kurtz

什么是 Web Locks API？

Web Locks API 将上面提到的锁（Locks）应用于 web 应用。这个 API 允许一个脚本异步持有对资源的锁定，直到其处理完成之后再释放。当持有锁时，除一种特殊情况外，其他在同域下的脚本无法获得相同资源的锁。接下来我们就说说这个特殊情况。

执行流程是什么样子的呢？

  1. 申请锁。
  2. 在异步任务中锁定时完成工作。
  3. 任务完成时候锁自动释放。
  4. 允许其他脚本申请锁。

当资源上有锁时，如果处在相同的执行上下文或者其他 Tab/Worker 的脚本请求相同资源的锁的时候，锁请求就会进行排队。当锁释放时候，队列中的第一个请求将被授予锁并可以访问资源。

锁以及其作用域

关于 Web Locks API 的作用域可能会很令人困惑。这仅仅是一个摘要，以供你更好地理解。

  • 根据文档说明，锁的作用域同样存在同源限制。

Tab 从 example.com 获得的锁对 Tab 从 example.org 获得的锁没有影响，因为它们不同源。

  • 浏览器中单个用户配置被视为独立的用户代理，视为在作用域之外。因此，即使他们的同源，也不会共享锁管理器。
  • 私有模式的浏览会话（隐身模式）被视为单独的用户代理，视为在作用域之外。因此，即使他们的同源，也不会共享锁管理器。
  • 在同源且同一个上下文中的脚本视为在作用域之内，并共享锁管理器。例如，一个网页上的两个函数尝试获得同一资源的锁。
  • 打开在同一个用户代理的同源页面和 Workers（agents）共享锁管理器，即使他们不在相关的浏览上下文中。

假设如果 脚本 A 属于 锁管理器 A，脚本 B 属于 锁管理器 B。脚本 A 尝试获得 资源 X 的锁，成功获得锁并执行异步任务。同时，脚本 B 也尝试获得 资源 X 的锁，它将会成功，因为两个脚本属于不同的锁管理器。但是如果他们属于同一个锁管理器，那么将会有一个队列来获取对 资源 X 的锁。希望这个点我已经说明白了。

上面提到的这些资源是什么？

好吧，它们代表了一种抽象资源。只是我们想出的一个名称，指的是我们想要保留的资源。它们在调度算法之外没有任何意义。

换言之，在上面的例子中，我们可以将 资源 X 看成存储我数据的数据库，或者是 localStorage。

为什么资源协调很重要？

在简单的 Web 应用程序中很少需要进行资源协调。但是，哪些大量使用 JavaScript 的复杂 Web 应用程序可能需要进行资源协调。

如果你使用跨多个 Tab 的应用程序并且其可以执行 CRUD 操作，你将必须保持选项卡同步以避免问题。如果用户在一个 Tab 上打开了文本编辑的 Web 应用程序，而忘记了另一个 Tab 也打开了同一应用程序。现在，他具有正在运行的同一应用程序的两个 Tab。如果他在一个 Tab 上执行一项操作，并尝试在另一 Tab 上执行完全不同的操作，则当同一资源上被两个不同的进程操作时，服务器上可能会发生冲突。在这种情况下，建议获取对资源的锁定并进行同步。

此外，可能存在用户打开了股票投资 Web 应用程序的两个 Tab 的情况。如果用户使用其中一个打开的 Tab 购买了一定数量的股票，则两个 Tab 必须保持同步，以避免出现客户错误地再次进行交易的情况。一个简单的选择是一次只允许应用程序的一个 Tab 或窗口。 但是请注意，可以通过使用隐身模式来绕过这个限制。

尽管可以使用诸如 SharedWorker，BroadcastChannel，localStorage，sessionStorage，postMessage，unload handler 之类的 API 来管理选项卡通信和同步，但它们各自都有缺点，并且需要变通办法，这降低了代码的可维护性。 Web Locks API 试图通过引入更标准化的解决方案来简化此过程。

使用 Web Locks API

这个 API 使用起来比较直接了当，但是你必须要确定浏览器支持该 API。request() 方法经常用来请求资源的锁。

该方法接收三个参数。

  • 资源名称（必须传入的第一个参数）—— 字符串
  • 回调（必须传入的最后一个参数）—— 当请求成功时候会被调用的一个回调。建议传递 async 回调，这样它会返回一个 Promise。即使你没有传入异步回调，它也会包进一个 Promise 中。
  • 选项（回调之前传递的可选第二个参数）—— 一个具有特定属性的对象，我们将在稍后讨论。

这个方法返回的 promise 会在资源被获得后 resolve 掉，你可以使用 then..catch .. 方法，或者选择 await 方法来用同步的方式写异步代码。

const requestForResource1 = async() => {
 if (!navigator.locks) {
  alert("你的浏览器不支持 Web Locks API");
  return;
 }
  
try {
  const result = await navigator.locks.request('resource_1', async lock => {
   // 拿到了锁
   await doSomethingHere();
   await doSomethingElseHere();
   // 可选的返回值
   return "ok";
   // 现在锁被释放
  });
 } catch (exception) {
  console.log(exception);
 }
  
}

我相信上面的代码片段是不言自明的。但是还有一些其他参数可以传递给 request() 函数。让我们来看看它们。

可选参数

模式

对锁发起请求时可以选用两种模式。

  • 互斥 (默认)
  • 共享

当在资源上请求互斥锁，且如果该资源已经持有了“互斥”或“共享”锁，锁将不会被授予。 但是，如果在持有“共享”锁的资源上请求“共享”锁，则该请求将被批准。 但是，当持有的锁是“互斥”锁时，情况就不会如此。请求将由锁管理器排队。下表总结了这一点。

源自: Shun Yan Cheung

信号

信号属性传入一个中止信号。这允许一个在队列中的锁请求被中止。如果在特定时间段内未批准锁定请求，则可以使用超时来中止锁定请求。

const controller = new AbortController();
setTimeout(() => controller.abort(), 400); //最多等待 400ms
try {
  await navigator.locks.request('resource1', {signal: controller.signal}, async lock => {
    await doSomethingHere();
  });
} catch (ex) {
  // |ex| 如果计时器触发，将是一个 DOMException，错误名称为 ”AbortError“。
}

如果可用（ifAvailable）

这个属性是一个默认值为 false 的布尔值。如果是 true，则锁请求仅在不需要排队时才会被授予。换句话说，在没有任何其他等待的情况下，锁请求才会被授予，否则将返回 null。

但是请注意，当返回 null 时，该函数将不会同步执行。而是回调将接收值 null，值可以由开发者进行处理。

await navigator.locks.request('resource', {ifAvailable: true}, async lock => {
  if (!lock) {
    // 没有获得锁，自行处理
    return;
  }
  
  // 如果获得锁，走这里
});

使用锁的风险

与应用锁相关的风险有很多。这些或多或少是由于锁本身的概念，而不是由于 API 中的任何错误。

死锁

死锁的概念与并发关联。当进程由于每个部分都在因请求无法满足而等待，导致的无法继续执行时，就会发生死锁。

图由作者提供

为了避免死锁，在获取锁时我们必须遵循严格的模式。可以使用很多种技术，例如避免嵌套锁，确保锁的顺序正确，甚至使用 signal 可选参数来使锁定请求超时。说一千道一万，精心设计的 API 将是避免死锁的最佳解决方案。你可以在此处上阅读有关死锁预防的更多信息。

Tabs 无响应

在某些情况下，您会发现其中一个 Tab 变得无响应。如果在选项卡持有锁的状态下发生这种情况，则可能会非常棘手。可以引入一个 steal 布尔值（参数），就是我们之前谈到的可选参数的一部分。尽管默认情况下取值为false，但如果将其传递为 true，则无论资源队列中锁请求有多少，任何资源上的锁都会被立即释放，并且将立即授予此新锁请求。

但是请记住，此有争议的功能仅应在特殊情况下使用。您可以在[这儿]（github.com/WICG/web-lo…

Debug 困难

由于可能存在隐藏状态，因此可能存在与调试有关的问题。为了解决这个问题，引入了 query 方法。此方法在该特定时刻返回锁管理器的状态。结果中将包含等待和当前持有的锁的详细信息。它还包含锁类型，持有/请求到锁的资源以及请求的 clientId 详细信息。

clientId 仅仅只是请求锁定的唯一上下文（frame/worker）的对应值。相同的值可用在 Service Workers 中。

{
    "held": [
      {
        "clientId": "da2deeaa-8bac-4d1d-97e7-6b1ee46b6730",
        "mode": "exclusive",
        "name": "resource_1"
      }
    ],
    "pending": [
        {
            "clientId": "da2deeaa-8bac-4d1d-97e7-6b1ee46b6730",
            "mode": "shared",
            "name": "resource_1"
        },
        {
            "clientId": "76384678-c5b6-452e-84f0-00c2ef65109e",
            "mode": "exclusive",
            "name": "resource_1"
        },
        {
            "clientId": "76384678-c5b6-452e-84f0-00c2ef65109e",
            "mode": "shared",
            "name": "resource_1"
        }
    ]
}

你还必须注意，应用程序不应使用此方法来确定锁是否被持有/请求，因为此输出包含我在前面提到的特定瞬间的锁管理器状态。这意味着在你的代码做出决定时可以释放锁。

浏览器兼容性

该 API 的缺点之一是浏览器兼容性。尽管有针对不支持的浏览器的 polyfill，但后来被移除了。

Source: MDN Docs

Source: MDN Docs

Web Locks API 是一个非常有用的功能，具有多个使用场景，这使其成为非常重要的佐证。但是，它有限的支持会对开发人员学习和使用它形成阻力。但是，鉴于此 API 会对现代 Web 应用程序产生的影响，我个人认为对于 Web 开发人员来说，了解对此新功能的用法至关重要。此外，由于该 API 是试验性的，你可以期待它在未来的变化。

转到这个简单的 demo 来获得有关其工作原理的动手经验。你可以在此处查看源代码。

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